عن خريطة الموقع |

مواد السيراميك زركونيا

الزركونيا هو أكسيد بلوري أبيض يتكون من الزركونيوم (زر) والأكسجين (يا), مع الصيغة الكيميائية ZrO₂. يوجد الزركونيا النقي في ثلاث مراحل بلورية عند درجات حرارة مختلفة: أحادي الميل (م-ZrO₂), رباعي الزوايا (تي-ZrO₂), ومكعب (ج-ZrO₂).

الانتقال من الطور الرباعي إلى الطور أحادي الميل يتبعه زيادة في الحجم بحوالي 3-5% مما قد يسبب تشققات في السيراميك عندما يبرد. لمعالجة هذه القضية مثبتات (مثل أكسيد الإيتريوم AND₂OR₃, أكسيد المغنيسيوم MgO أكسيد الكالسيوم CaO وهكذا.) وعادة ما تستخدم لتثبيت البلورات ذات درجة الحرارة العالية, مما يؤدي إلى “تشديد مرحلة التحول” آلية وزيادة قوة كسور المادة بشكل ملحوظ.

زركونيا (زرو₂) السيراميك بسبب خواصه الميكانيكية المتميزة وخواصه الفيزيائية والكيميائية المميزة, تحتل مكانة أساسية في مجال السيراميك المتقدم. وهي معروفة أيضًا في الصناعة باسم “فولاذ سيراميك,” يتم استخدامه على نطاق واسع في مجالات التكنولوجيا العالية مثل الفضاء, الطب الحيوي الإلكتروني والاتصالات وكذلك الآلات الدقيقة مما يجعلها واحدة من المواد الأساسية المستخدمة في التصنيع الحديث.

سيراميك زركونيا

الأشكال البلورية للزركونيا

زركونيا(زرو₂) معروف على نطاق واسع في الصناعة باسم “فولاذ سيراميك” في صناعة المواد المتقدمة ولها متانتها المتميزة, القوة الميكانيكية والثبات الحراري بالإضافة إلى المقاومة ضد التآكل إلى طابعها المميز متعدد الأشكال. وعلى النقيض من أنواع الطين التقنية الأخرى أحادية الطور، يوجد الزركونيا في ثلاثة هياكل بلورية متآصلة متميزة (مراحل) وفقا لدرجة الحرارة والظروف الكيميائية:
  • الهيكل البلوري: ينتمي إلى المجموعة الفضائية P2₁/c, يُظهر تناسقًا منخفضًا نسبيًا في البنية البلورية وترتيبًا ذريًا فضفاضًا نسبيًا. تحتوي خلية الوحدة على تناظر أحادي الميل.
  • ظروف الاستقرار:تحت درجة الحرارة والضغط العاديين, يوجد ثاني أكسيد الزركونيوم في المرحلة أحادية الميل, وهي المرحلة المستقرة لثاني أكسيد الزركونيوم في درجة حرارة الغرفة.
  • الخصائص الفيزيائية:الكثافة تقريبًا 5.65-5.68 جم/سم3, ولها صلابة منخفضة نسبيا. الهيكل البلوري عرضة للتشوه تحت الضغط.
  • الهيكل البلوري:عضو في المجموعة الفضائية P4₂/nmc وله خلية رباعية الزوايا, وترتيب منتظم ومنتظم للذرات, مع أعلى التماثل للبلورات.
  • ظروف الاستقرار:كما ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 1150 درجة مئوية, زركونيا أحادية الميل تخضع لمرحلة استطالة, والذي يتحول إلى المرحلة الرباعية. الطور الرباعي مستقر في نطاق درجة الحرارة بين 1150 درجة مئوية -2370 درجة مئوية.
  • الخصائص الفيزيائية:الكثافة حولها 6.10 جم/سم3, ويتم تعزيز الصلابة والقوة بالمقارنة مع أحادي الميل. يتمتع الهيكل البلوري بثبات جيد في درجات الحرارة المرتفعة .
  • الهيكل البلوري:عضو في المجموعة الفضائية Fm3m ولديه خلية وحدة مكعبة مثالية, وترتيب متماثل للغاية من الجزيئات, مما يجعل هذه المرحلة الأكثر تجانسًا لبلورات ثاني أكسيد الزركونيوم.
  • ظروف الاستقرار:إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 2370 درجة مئوية, يتحول الجزء الرباعي من ثاني أكسيد الزركونيوم إلى الطور المكعب. إنه مستقر فوق النطاق 2370 درجه مئوية -2715 درجه مئوية (ذوبان النقطة).
  • ملكيات: تبلغ كثافتها حوالي 6.27 جم/سم3, ولديه أعلى قوة, بالإضافة إلى الصلابة والاستقرار الحراري, يُظهر هيكله أداءً متميزًا حتى في درجات الحرارة المرتفعة.

هذه الأشكال البلورية الثلاثة من الزركونيا تتغير نوعًا ما إلى بعضها البعض بناءً على درجات الحرارة المختلفة والبيئة الكيميائية المحيطة, وما تستخدم من أجله, تغيير الكثير أيضا, اعتمادا على التركيب البلوري الفعلي. إذا قمت بضبط درجة الحرارة , تشمل المثبتات, واستخدام بعض التقنيات الأخرى، ثم يمكن تعديل إطار كريستال الزركونيا بحيث يناسب متطلبات المهام في المجالات المختلفة.

الأشكال المتعددة للزركونيا
رسم تخطيطي لنموذج الهيكل البلوري للزركونيا
الهياكل البلورية الثلاثة للزركونيا وتحولاتها.
الهياكل البلورية الثلاثة للزركونيا وتحولاتها.

الأداء والمزايا الأساسية لسيراميك الزركونيا

يتمتع سيراميك الزركونيا بصلابة وقوة عالية للغاية, إلى جانب صلابة الكسر الاستثنائية التي تتفوق على أنواع السيراميك الأخرى. ترجع صلابة هذه المادة إلى تغير الطور الفريد وآلية التشديد. عندما الشقوق التنمية, تتغير جزيئات الزركونيا الرباعية إلى جزيئات أحادية الميل عند الضغط عليها, امتصاص طاقة الشقوق وإعاقة المزيد من توسع الشقوق.
ملكية
القيمة النموذجية
وحدة
ملاحظات
كثافة
5.85 – 6.05
جم/سم3
كثافة عالية
صلابة فيكرز
1200 – 1400
الجهد العالي
مقاومة التآكل ممتازة
قوة العاطفة
900 – 1200
MPa
قدرة تحمل عالية
صلابة الكسر
8 – 12
ميجاباسكال·م^1/2
السمة الرئيسية ل “فولاذ سيراميك”
معامل مرن
200 – 220
المعدل التراكمي
صلابة جيدة

ما وراء الخواص الميكانيكية, يتمتع سيراميك الزركونيا باستقرار فيزيائي وكيميائي ملحوظ.

  1. مقاومة لدرجات الحرارة العالية:يمكن أن تصل نقطة الانصهار إلى 2715 درجة مئوية. عملية مستقرة في بيئات درجة الحرارة العالية.
  2. مقاومة التآكل:مقاومة قوية للمواد الكيميائية مثل الأحماض, القلويات, وكذلك الأملاح المناسبة للظروف البيئية القاسية.
  3. الموصلية الحرارية: يمكن أن تكون الموصلية الحرارية منخفضة مثل مجرد 2-3 ث/(عضو الكنيست) وهذا يجعلها عزل حراري ممتاز.
  4. التمدد الحراري جمعامل: تقريبًا 10.5 × 10⁻⁶/ك, قريبة جدا من المواد المعدنية (على سبيل المثال. فُولاَذ) وتسهيل ربط المواد المركبة والترابط مع المواد المعدنية.
  5. بالتوافق التام:المادة غير سامة وغير مزعجة, لديها توافق حيوي جيد مع الأنسجة البشرية, مما يجعلها طبية حيوية مثالية مادة.

جدول خصائص سيراميك الزركونيا

ملكية

وحدة

Z-100

Z-200

Z-300

ZM-100

زب-100

تكوين المواد

ZrO₂-Y₂O₃

ZrO₂-Y₂O₃

ZrO₂-Y₂O₃

ZrO₂-Y₂O₃

ZrO₂-Y₂O₃

لون

أبيض

أبيض

أبيض

أصفر

أزرق

كثافة

جم/سم3

6.00

6.03

6.04

5.70

6.03

قوة العاطفة

MPa

900

950

1100

450

1100

قوة ضاغطة

MPa

2100

2200

2300

1600

2300

معامل مرن

المعدل التراكمي

200

210

220

210

220

صلابة الكسر

ميجاباسكال·م¹/²

9.0

9.0

5.5

7.0

نسبة بواسون

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

صلابة (HRA)

HRA

89

90

90

88

90

صلابة فيكرز

HV1

1250

1450

1450

1240

1450

معامل التمدد الحراري

10⁻⁶/ك

10

10

10

10

الموصلية الحرارية

ث/(م·ك)

3

3

3

3

3

مقاومة الصدمات الحرارية

ΔT درجة مئوية

400

400

400

400

ماكس استخدام درجة الحرارة (أكسدة)

درجة مئوية

1000

1000

1000

850

1000

ماكس استخدام درجة الحرارة (تخفيض/خامل)

درجة مئوية

1000

1000

1000

850

1000

مقاومة الحجم (20درجة مئوية)

أوه · سم

10¹³

10¹²

10¹²

5×10¹³

10¹²

قوة عازلة

كيلو فولت / مم

19

15

17

19

17

ثابت العزل الكهربائي (1ميغاهيرتز)

28

30

30

27

30

فقدان العزل الكهربائي (تانδ)

2×10⁻³

2×10⁻³

2×10⁻³

2×10⁻³ (1غيغاهيرتز)

2×10⁻³

كيف يتم تصنيع سيراميك الزركونيا?

كيف يتم تصنيع سيراميك الألومينا؟

تطبيقات سيراميك زركونيا

الأسئلة المتداولة حول سيراميك الألومينا

يتم تقدير سيراميك الزركونيا لقوته العالية وصلابة الكسر.
بالمقارنة مع معظم السيراميك التقنية, فهو أكثر مقاومة للتشقق والتأثير.
وهذا يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تكون فيها الموثوقية الميكانيكية أمرًا بالغ الأهمية.

يتمتع سيراميك الزركونيا عمومًا بصلابة أعلى للكسر من سيراميك الألومينا, مما يعني أنها أقل هشاشة تحت الضغط الميكانيكي.
الألومينا, لكن, قد توفر مقاومة أفضل للتآكل واستقرارًا حراريًا في ظروف معينة.
يعتمد الخيار الأفضل على كيفية فشل المكون في التشغيل الحقيقي.

الزركونيا المستقرة بالإيتريا هي أكسيد الزركونيوم مع أكسيد الإيتريوم.
يعمل هذا التثبيت على تحسين استقرار المرحلة والمتانة.
إنها تسمح للمادة بالحفاظ على قوتها تحت الحمل والضغط الحراري.

يعمل سيراميك الزركونيا بشكل جيد في درجات الحرارة المرتفعة وله موصلية حرارية منخفضة.
غالبًا ما يستخدم عندما يكون العزل الحراري أو الاستقرار الحراري مطلوبًا.
للتعرض طويل الأمد أو ركوب الدراجات الحرارية السريعة, وينبغي تقييم حدود التشغيل بعناية.

يمكن استخدام سيراميك الزركونيا في تطبيقات التآكل, خاصة عندما تكون مقاومة التأثير مهمة.
لظروف التآكل الكاشطة النقية, السيراميك الأخرى مثل الألومينا أو كربيد السيليكون
قد يقدم أداءً أفضل اعتمادًا على تصميم النظام.

يظهر سيراميك الزركونيا مقاومة ممتازة لمعظم الأحماض, القلويات, والمواد الكيميائية الصناعية.
وهذا يجعلها مناسبة للمعالجة الكيميائية وبيئات التشغيل المسببة للتآكل
حيث قد تفشل المكونات المعدنية بسرعة.

نعم. يمكن تخصيص مكونات سيراميك الزركونيا في درجة المواد, مقاس, شكل,
الانتهاء من السطح, والتسامح.
يساعد التخصيص على ضمان الملاءمة المناسبة والأداء المستقر في ظل ظروف تشغيل محددة.